CN116247781A - 一种高压锂电池bms低功耗供电电路 - Google Patents

一种高压锂电池bms低功耗供电电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，包括低功耗使能开关模块，所述低功耗使能开关模块串接于高压锂电池输出端与DC/DC转换器输入端之间，所述DC/DC转换器的输出端与BMS供电输入端连接，用于为BMS供电。所述低功耗使能开关模块包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第一电感和第一电容。本发明通过低功耗使能开关模块利用低压弱电控制高压强电，当BMS处于休眠或关闭状态时，能自动断开高压锂电池为DC/DC转换器的供电，以有效降低系统功耗，且低功耗使能开关模块能够减小DC/DC转换器的输入冲击，达到软启动的效果。

Description

一种高压锂电池BMS低功耗供电电路
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，尤其涉及一种高压锂电池BMS低功耗供电电路。
背景技术
随着绿色节能概念的推广，动力电池和储能电池成为新能源行业发展的生力军，电池管理系统（Battery Management System，BMS）作为电池系统的核心环节在动力和储能电池领域发挥着越来越大的作用。BMS是电池与用户之间的纽带，其功能包括：电池物理参数监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充放电控制以及热管理等，主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。
低功耗是BMS电路设计的基本要求，BMS锂电池保护板中通常都会加入低功耗的电路设计，以实现电路休眠时的低功耗，从而延长待机时间。然而传统的高压锂电池BMS需要有辅助电源（如12/24V铅酸蓄电池或充电枪的辅助12V供电），不但增加了整个电池组的体积和重量，而且如果用户忘记关闭辅助电源，容易导致辅助电源过放损坏。如果不使用辅助电源，则需要通过DC/DC转换器将锂电池高压转换为低压再给BMS供电，但传统的DC/DC转换设计并未考虑到超低功耗。
发明内容
为解决上述问题，本发明通过增加外围电路以低压弱电控制高压强电，提供一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，具体的技术方案如下：
一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，包括低功耗使能开关模块，所述低功耗使能开关模块串接于锂电池输出端与DC/DC转换器输入端之间，所述DC/DC转换器的输出端与BMS供电输入端连接，用于为BMS供电；
所述低功耗使能开关模块包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第一电感和第一电容；
所述第一MOS管Q1的D极通过第一电阻与锂电池输出端的正极连接，其G极通过第二电阻与锂电池输出端的正极连接并通过第三电阻接地，其S极与第二MOS管Q2的D极连接；
所述第二MOS管Q2的S极与第三MOS管Q3的G极连接，第二MOS管Q2的G极与使能电路连接；所述使能电路包括光电耦合器和辅助电源，所述光电耦合器导通时，第二MOS管Q2的G极接地，所述辅助电源用于驱动光电耦合器；
所述第三MOS管Q3的S极与锂电池输出端的负极连接并通过第四电阻接地，其D极与DC/DC转换器输入端的负极连接；
所述第一电感的一端与锂电池输出端的正极连接，其另一端与DC/DC转换器输入端的正极连接；所述第一电容的一端与DC/DC转换器输入端的正极连接，其另一端与DC/DC转换器输入端的负极连接。
进一步地，所述第一电阻和第二电阻均为串联的三个电阻，所述第一电容为串联的两个电容，所述第一MOS管Q1和第三MOS管Q3均为NMOS管，第二MOS管Q2为PMOS管。
进一步地，所述锂电池的输出端连接有保险丝。
进一步地，所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3均并联有保护电路，保护电路的一端与MOS管的G极连接，另一端与S极或D极连接；所述保护电路为并联的稳压二极管、电阻和电容。
进一步地，所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3的S极与D极之间均连接有二极管。
进一步地，所述辅助电源为内嵌于BMS内的电池，且BMS内置有为该电池充电的充电电路；所述电池配置有启动电路，用于切换供电状态。
进一步地，所述启动电路为：所述BMS的电源使能端POWER_EN与所述电池的电源输出端之间连接有继电器，当电源使能端POWER_EN为高电平时，该继电器闭合以使所述电池输出电流驱动光电耦合器，当电源使能端POWER_EN为低电平时，该继电器断开以使所述电池停止供电。
进一步地，所述BMS的开关与BMS的电源使能端POWER_EN之间连接有电容，开关闭合时首先为该电容充电，然后使电源使能端POWER_EN为高电平；所述电容并联有电阻，该电阻用于在开关断开时为所述电容卸荷放电。
本发明的有益效果是：本发明通过低功耗使能开关模块利用低压弱电控制高压强电，当BMS处于休眠或关闭状态时，能自动断开高压锂电池为DC/DC转换器的供电，以有效降低系统功耗，且低功耗使能开关模块可以减小DC/DC转换器的输入冲击，达到软启动的效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例中低功耗使能开关的框架示意图；
图2是本发明实施例中低功耗使能开关模块的电路示意图；
图3是本发明中使能电路的一种实施例示意图；
图4是本发明中使能电路的另一种实施例示意图；
图5是本发明实施例中纽扣电池的启动电路示意图；
图6是本发明实施例中BMS开关处的电路示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本发明提出的低功耗供电电路包括低功耗使能开关模块DC/DC_CTR，DC/DC_CTR串接于高压锂电池输出端与DC/DC转换器输入端之间，DC/DC转换器将高压锂电池的高压直流电（200~500V）转化为24V直流电后用于为BMS供电。
请参考图2，DC/DC_CTR电路主要包括NMOS管Q1、PMOS管Q2、NMOS管Q3、电感L1以及电容C1、C2串联而成的电容组。NMOS管Q1的D极通过电阻R1、R3、R5与锂电池输出端的正极连接，G极通过电阻R2、R4、R6与锂电池输出端的正极连接并通过电阻R7接地，S极与PMOS管Q2的D极相连接。PMOS管Q2的S极与NMOS管Q3的G极连接，PMOS管Q2的G极通过连接点D1、D2后接地。NMOS管Q3的S极与锂电池输出端的负极连接并通过电阻R12接地，D极与DC/DC转换器输入端的负极相连接。MOS管Q2的D极与S极之间连接有稳压二极管，MOS管Q3的S极与D极之间连接有二极管。电感L1的一端与锂电池输出端的正极连接，另一端与DC/DC转换器输入端正极连接，用于减小DC/DC转换器的输入冲击，达到软启动的效果，并与电容C1、C2组成的电容组构成LC滤波电路。电容C1、C2组成的电容组的一端与DC/DC转换器输入端的正极连接，另一端与DC/DC转换器输入端的负极连接。
在一些实施例中，为安全起见，在高压锂电池的输出端连接有保险丝F1（如3.6×10封装的玻璃管焊接式保险丝），并为MOS管设置保护电路，如图2所示，在PMOS管Q2的GD端和NMOS管Q3的GS分别并联稳压二极管、电阻和电容。
在一些实施例中，在DC/DC转换器输入端负极和电感L1远离DC/DC转换器输入端正极的一端之间连接有稳压二极管（如US5M贴片二极管）。
请参考图3，连接点D1、D2间串接有光电耦合器U1或U2，当光电耦合器导通时，相当于短接连接点D1、D2，此时MOS管Q2、Q3、Q1导通，高压锂电池得以输出电流至DC/DC转换器，从而为BMS供电。光电耦合器的驱动电源采用低压辅助电源，一般为12V或24V，如图3和图4所示，可选用12V充电机或其他外部辅助电源（如加热）。如图1所示，在本实施例中，低压辅助电源为内嵌于BMS内的可充电纽扣电池（可充电锂离子电池LIR250），且BMS内设置有为该电池充电的充电电路，并配置有启动电路，用于切换纽扣电池的供电状态。
如图5所示，BMS的电源使能端POWER_EN与纽扣电池的电源输出端POWER_BAK之间连接有继电器，当电源使能端POWER_EN为高电平时，驱动该继电器闭合以使纽扣电池输出电流驱动光电耦合器，当电源使能端POWER_EN为低电平时，该继电器断开，纽扣电池停止供电。实际使用时，图5中的DC_EN_OPEN端、DC_COM端分别接D1、D2，继电器K2闭合时DC/DC_CTR中的高压MOS管导通，为DC/DC转换器上电，从而BMS上电。如果BMS开关SW1-SW2断开外部的CAN/485信号量或模拟量让BMS进入休眠关机，则POWER_EN为低电平，K2断开，DC/DC_CTR无输出，DC/DC转换器下电，BMS下电。
如图6所示，在一些实施例中，BMS开关SW1-SW2与BMS的电源使能端POWER_EN之间连接有电容C110，开关SW1-SW2闭合时首先为电容C110充电，然后使电源使能端POWER_EN为高电平。电容C110还并联有电阻R214，用于在开关SW1-SW2断开时为所述电容卸荷放电。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，其特征在于，包括低功耗使能开关模块，所述低功耗使能开关模块串接于锂电池输出端与DC/DC转换器输入端之间，所述DC/DC转换器的输出端与BMS供电输入端连接，用于为BMS供电；
所述低功耗使能开关模块包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第一电感和第一电容；
所述第一MOS管Q1的D极通过第一电阻与锂电池输出端的正极连接，其G极通过第二电阻与锂电池输出端的正极连接并通过第三电阻接地，其S极与第二MOS管Q2的D极连接；
所述第二MOS管Q2的S极与第三MOS管Q3的G极连接，第二MOS管Q2的G极与使能电路连接；所述使能电路包括光电耦合器和辅助电源，所述光电耦合器导通时，第二MOS管Q2的G极接地，所述辅助电源用于驱动光电耦合器；
所述第三MOS管Q3的S极与锂电池输出端的负极连接并通过第四电阻接地，其D极与DC/DC转换器输入端的负极连接；
所述第一电感的一端与锂电池输出端的正极连接，其另一端与DC/DC转换器输入端的正极连接；所述第一电容的一端与DC/DC转换器输入端的正极连接，其另一端与DC/DC转换器输入端的负极连接。
2.如权利要求1所述的一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻均为串联的三个电阻，所述第一电容为串联的两个电容，所述第一MOS管Q1和第三MOS管Q3均为NMOS管，第二MOS管Q2为PMOS管。
3.如权利要求1所述的一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，其特征在于，所述锂电池的输出端连接有保险丝。
4.如权利要求1所述的一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，其特征在于，所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3均并联有保护电路，保护电路的一端与MOS管的G极连接，另一端与MOS管的S极或D极连接；所述保护电路为并联的稳压二极管、电阻和电容。
5.如权利要求1所述的一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，其特征在于，所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3的S极与D极之间均连接有二极管。
6.如权利要求1~5任一项所述的一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，其特征在于，所述辅助电源为内嵌于BMS内的电池，且BMS内置有为该电池充电的充电电路；所述电池配置有启动电路，用于切换供电状态。
7.如权利要求6所述的一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，其特征在于，所述启动电路为：所述BMS的电源使能端POWER_EN与所述电池的电源输出端之间连接有继电器，当电源使能端POWER_EN为高电平时，该继电器闭合以使所述电池输出电流驱动光电耦合器，当电源使能端POWER_EN为低电平时，该继电器断开以使所述电池停止供电。
8.如权利要求6所述的一种高压锂电池BMS低功耗供电电路，其特征在于，所述BMS的开关与BMS的电源使能端POWER_EN之间连接有电容，开关闭合时首先为该电容充电，然后使电源使能端POWER_EN为高电平；所述电容并联有电阻，该电阻用于在开关断开时为所述电容卸荷放电。
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